CN106936523A - 一种基于单片机的通信天线驻波比在线检测模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于单片机的通信天线驻波比在线检测模块，实现的原理是：将天线与同轴开关的公共端相连，同轴开关的常闭端与通信信号源发射器连接，而同轴开关的常开端与检波电桥连接。同时检波电桥也通过同轴电缆与标准压控振荡射频信号源连接，而检波电桥的电压输出端接高精密运放单元，经运算放大后送入单片机的AD模块。在进行无线通信时，天线通过同轴电缆的常闭端连接到通信信号源发射器。单机采样到电压后与用标准阻值匹配电阻模拟天线匹配电阻的电压表格进行比对，从而比对出真实的天线在此时的匹配电阻，最终求得驻波比。

Description

一种基于单片机的通信天线驻波比在线检测模块

技术领域

本发明涉及一种无线通信监测系统，尤其涉及一种基于单片机的通信天线驻波比在线检测模块。

背景技术

随着IT技术的发展与应用，各行各业都在向低成本、高智能化迈进。在各领域都有许多传统的工具设备、管理监测方式等能够利用现代信息技术进行改进，使工作效率和生活质量得到提高。在射频通信领域，各种现代通信管理监测系统及设备也是越来越多且越来越智能便携。但是还是有些人民比较少关注缺少技术更新的部分。如野外射频通信站点的天线驻波比的测量目前还是有很大一部分依靠人工携带测量仪器设备到各个站点去进行测量来分析和评估天线的老化等参数指标。这样的检测手段要现场断开正在工作的通信系统，将天线手动接入到检测仪表上，检测完之后再还原安装。其不仅耗费大量的人力物力，而且会使暂时性通信中断时间变得比较长。而为改善这一状况，我们设计实现一款针对野外无线射频通信站点天线的在线驻波比检测模块。此处键入背景技术描述段落。

发明内容

本发明的目的在于要解决上述现有野外射频通信站点的天线驻波比的测量系统技术中的不足之处，为中国通信事业提供一种全新、直观的一种基于单片机的通信天线驻波比在线检测模块。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案来实现：

本发明的一种基于单片机的通信天线驻波比在线检测模块。实现的原理是：将天线与同轴开关的公共端相连，同轴开关的常闭端与通信信号源发射器连接，而同轴开关的常开端与检波电桥连接。同时检波电桥也通过同轴电缆与标准压控振荡射频信号源连接，而检波电桥的电压输出端接高精密运放单元，经运算放大后送入单片机的AD模块。在进行无线通信时，天线通过同轴电缆的常闭端连接到通信信号源发射器。检波模块相当于与通信系统分离的状态。当要进行天线驻波比检测时，可以通过远程控制终端向单片机发送命令，单片机控制同轴开关常闭端断开，常开端闭合。这样天线就通过同轴开关连接到检波电桥，而此时标准压控振荡射频信号源（10-30MHZ频率可调）发射机将信号通过天线发射出去，检波板检测反馈电阻并与参考标准50欧电阻进行比较，最后将比较后的值转变成电压差值送入运放放大器单元，经运算放大器后送入单片机的AD模块。单机采样到电压后与用标准阻值匹配电阻模拟天线匹配电阻的电压表格进行比对，从而比对出真实的天线在此时的匹配电阻，最终求得驻波比。检测完之后又恢复到正常通信的状态，即断开同轴开关常开端，闭合常闭端，使检测模块与系统分离。

所述的运用定向检波电桥技术，在线检测收信天馈线系统驻波比。通过在线并联瞬态监测方式，发送收信远端单元工作范围内的射频信号，同时检测该射频信号的反射信号，估算出天馈线系统的反射系数，对比被测天线体负载和标准负载在检波电桥上引起的误差电压，进而测量出收信天馈线系统的VSWR(驻波比)，作为检查天线的匹配情况的依据。

所述的综合运用多项技术，充分利用现有的基础设施，解决短波射频接收信号光纤传输网络设备的维护保障中存在的问题。运用现有的基础设施，用有线传送数据，综合采用定向检波电桥技术、多电压数据采集、低压电力线载波技术以及嵌入式系统应用等多项技术，较好的解决现役设备的维护保障存在的问题。

所述的多项电磁屏蔽措施应用，解决系统在收信设备应用中的对内电磁干扰、对外空间电磁辐射问题。轻微的电磁干扰会对短波收信系统造成巨大的影响，电磁辐射会暴露军事设施目标，短波天线监测管理系统研制应用，需要充分考虑研制的系统对现有的收信设备的电磁干扰以及对外空间电磁辐射问题。在项目中采用电源滤波，整体屏蔽、直接序列扩频等多项措施，来解决可能存在的电磁干扰以及电磁辐射问题。

所述的用嵌入式软件设计实现设备管理智能化和操作维护的人性化。嵌入式技术在短波天线监测管理系统中的运用使该系统具有建设成本低、信息采集监测灵活、智能化程度高以及人机界面人性化等优点。

所述的优化控制结构，解决应用中存在的通信链路孤岛的问题。在应用中几组天线通过空开独立供电，由于电力线是通信物理载体，这样会形成通信链路孤岛，造成信息被屏蔽。为了适应使用环境，不会对实际供电情况造成影响，控制结构上设计为终端控制器分时连接各个空开的方式，达到与所有的链路孤岛可进行通信采集所需的数据。同时控制结构上增加了各项保护功能，提高了控制器的可靠性。

附图说明

图1是本发明的一种基于单片机的通信天线驻波比在线检测模块框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细描述：

图1是本发明的一种基于单片机的通信天线驻波比在线检测模块框图，如图1所示，一种基于单片机的通信天线驻波比在线检测模块，将天线与同轴开关的公共端相连，同轴开关的常闭端与通信信号源发射器连接，而同轴开关的常开端与检波电桥连接。同时检波电桥也通过同轴电缆与标准压控振荡射频信号源连接，而检波电桥的电压输出端接高精密运放单元，经运算放大后送入单片机的AD模块。在进行无线通信时，天线通过同轴电缆的常闭端连接到通信信号源发射器。检波模块相当于与通信系统分离的状态。当要进行天线驻波比检测时，可以通过远程控制终端向单片机发送命令，单片机控制同轴开关常闭端断开，常开端闭合。这样天线就通过同轴开关连接到检波电桥，而此时标准压控振荡射频信号源（10-30MHZ频率可调）发射机将信号通过天线发射出去，检波板检测反馈电阻并与参考标准50欧电阻进行比较，最后将比较后的值转变成电压差值送入运放放大器单元，经运算放大器后送入单片机的AD模块。单机采样到电压后与用标准阻值匹配电阻模拟天线匹配电阻的电压表格进行比对，从而比对出真实的天线在此时的匹配电阻，最终求得驻波比。检测完之后又恢复到正常通信的状态，即断开同轴开关常开端，闭合常闭端，使检测模块与系统分离。在进行无线通信时，天线通过同轴电缆的常闭端连接到通信信号源发射器。检波模块相当于与通信系统分离的状态。当要进行天线驻波比检测时，可以通过远程控制终端向单片机发送命令，单片机控制同轴开关常闭端断开，常开端闭合。这样天线就通过同轴开关连接到检波电桥，而此时标准压控振荡射频信号源（10-30MHZ频率可调）发射机将信号通过天线发射出去，检波板检测反馈电阻并与参考标准50欧电阻进行比较，最后将比较后的值转变成电压差值送入运放放大器单元，经运算放大器后送入单片机的AD模块。单机采样到电压后与用标准阻值匹配电阻模拟天线匹配电阻的电压表格进行比对，从而比对出真实的天线在此时的匹配电阻，最终求得驻波比。检测完之后又恢复到正常通信的状态，即断开同轴开关常开端，闭合常闭端，使检测模块与系统分离。

在本实施例中，所述的运用定向检波电桥技术，在线检测收信天馈线系统驻波比。通过在线并联瞬态监测方式，发送收信远端单元工作范围内的射频信号，同时检测该射频信号的反射信号，估算出天馈线系统的反射系数，对比被测天线体负载和标准负载在检波电桥上引起的误差电压，进而测量出收信天馈线系统的VSWR(驻波比)，作为检查天线的匹配情况的依据。

所述综合运用多项技术，充分利用现有的基础设施，解决短波射频接收信号光纤传输网络设备的维护保障中存在的问题。运用现有的基础设施，用有线传送数据，综合采用定向检波电桥技术、多电压数据采集、低压电力线载波技术以及嵌入式系统应用等多项技术，较好的解决现役设备的维护保障存在的问题。

所述多项电磁屏蔽措施应用，解决系统在收信设备应用中的对内电磁干扰、对外空间电磁辐射问题。轻微的电磁干扰会对短波收信系统造成巨大的影响，电磁辐射会暴露军事设施目标，短波天线监测管理系统研制应用，需要充分考虑研制的系统对现有的收信设备的电磁干扰以及对外空间电磁辐射问题。在项目中采用电源滤波，整体屏蔽、直接序列扩频等多项措施，来解决可能存在的电磁干扰以及电磁辐射问题。

所述的用嵌入式软件设计实现设备管理智能化和操作维护的人性化。嵌入式技术在短波天线监测管理系统中的运用使该系统具有建设成本低、信息采集监测灵活、智能化程度高以及人机界面人性化等优点。

所述的优化控制结构，解决应用中存在的通信链路孤岛的问题。在应用中几组天线通过空开独立供电，由于电力线是通信物理载体，这样会形成通信链路孤岛，造成信息被屏蔽。为了适应使用环境，不会对实际供电情况造成影响，控制结构上设计为终端控制器分时连接各个空开的方式，达到与所有的链路孤岛可进行通信采集所需的数据。同时控制结构上增加了各项保护功能，提高了控制器的可靠性。

本发明将各类驻波比在线检测模块由单片机、高精度运放、10-30MHZ标准压控振荡射频信号源、检波电桥、同轴开关等几个部分组成。系统进行进行处理后，实现以下几个核心功能：

单机片最小系统模块的主控单元采用工业级单片机PIC16F1947，其IO资源丰富利于后续扩展，具有8路10位高分辨率AD通道，可编程串行接口，宽工作电压范围等特点。

为增加模块的通用性与远程控制端作为通信接口，实现远程便捷在线检测驻波比的功能。在设计时增加了模块与远程控制终端的通信接口，实现模块与远程控制终端的RS485通信。单片机的RS232异步串行通信接口经6N137光耦隔离之后再与MAX485ESA转换芯片连接。实现了RS232与RS485之间的相互转换。这样模块就可以和远程控制终端进行串行通信了。

实现高精度运算放大电路也是此模块硬件设计的关键部分，因为其直接影响电压采样的精度，也就影响驻波比的计算值。此模块采用OP07CP高精度运放大器。

标准压控振荡射频信号源和检波电桥此模块选用10-30MHZ压控振荡器射频信号源作为标准信号源并配上匹配的检波电桥。压控振荡射频信号源工作电压12V 输出功率10dBm,输出谐波-15DBC,供电电流50mA。

实现与远程控制终端实现RS485通信，能接收远程控制终端发送的命令，并将检测到的数据回送给控制终端。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。凡是依据本发明申请专利范围的内容所作任何细微修改、等效变化与修饰，均属于本发明要求保护的范围内 。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种基于单片机的通信天线驻波比在线检测模块，其特征在于：单片机最小系统模块、高精度运放、10-30MHZ标准压控振荡射频信号源与检波电桥、同轴开关。

2.根据权利要求书1所述的最小系统模块，其特征在于：所述的单片机的通信天线驻波比在线检测模块包括单机片最小系统模块的主控单元采用工业级单片机PIC16F1947，其IO资源丰富利于后续扩展，具有8路10位高分辨率AD通道，可编程串行接口，宽工作电压范围的特点。

3.根据权利要求书1所述的高精度运放，其特征在于：所述的高精度运算放大电路也是此模块硬件设计的关键部分，此模块采用OP07CP高精度运放大器，因为其直接影响电压采样的精度，也就影响驻波比的计算值。

4.根据权利要求书1所述的10-30MHZ标准压控振荡射频信号源与同轴开关，其特征在于：所述的标准压控振荡射频信号源和检波电桥此模块选用10-30MHZ压控振荡器射频信号源作为标准信号源并配上匹配的检波电桥，压控振荡射频信号源工作电压12V 输出功率10dBm,输出谐波-15DBC,供电电流50mA。

5.根据权利要求书1所述的同轴开关，其特征在于：所述的同轴开关是为增加模块的通用性与远程控制端作为通信接口，实现远程便捷在线检测驻波比的功能，在设计时增加了模块与远程控制终端的通信接口，实现模块与远程控制终端的RS485通信，单片机的RS232异步串行通信接口经6N137光耦隔离之后再与MAX485ESA转换芯片连接，实现了RS232与RS485之间的相互转换 。